PL208657B1

PL208657B1 - Method of intrafurnace limiting and controlling of sulphur trioxide emission

Info

Publication number: PL208657B1
Application number: PL381191A
Authority: PL
Inventors: Brian S. Higgins
Original assignee: Higgins Brian S
Priority date: 2004-02-14
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2011-05-31
Also published as: WO2005080868A1; PL381191A1; CZ2006512A3; US20050178303A1

Abstract

A method for controlling SO3 in a combustion process of a sulfur-containing fuel, the method steps including partially combusting the fuel to create a reducing environment; maintaining the reducing environment for a sufficient period such that SO3 is reduced to SO2 to achieve a desirable level of SO3; and combusting the remainder of the fuel in an oxidizing environment; thereby reducing the conversion of levels of SO3 in the flue gases.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotowy wynalazek dotyczy sposobu kontrolowania stężenia SO3 w procesie spalania paliwa zawierającego siarkę. Sposób ten ma zastosowanie w procesach oczyszczania gazów odlotowych z pieców, w których spalane jest paliwo zawierające siarkę, takie jak węgiel.The present invention relates to a method for controlling SO3 concentration in a combustion process of a sulfur-containing fuel. This method is applicable to the flue-gas cleaning processes of furnaces in which sulfur-containing fuel such as coal is burnt.

Gazy kominowe z elektrowni od dawna uznawano za źródło zanieczyszczenia atmosfery. Podczas spalania paliw kopalnych pewne, występujące naturalnie pierwiastki ulegają utlenieniu do form kwasowych, takich, jak SO3, NOx, HCI, HF i tym podobnych. Te substancje kwasowe, a w szczególności SO3, mogą stanowić problem, jeśli ich stężenie przekroczy pewne wartości progowe. Przykładowo, wraz ze wzrostem stężenia SO3 wzrasta również kwasowa temperatura punktu rosy dla gazów kominowych. Jeśli temperatura gazów kominowych jest niższa niż kwasowa temperatura punktu rosy dla tych gazów kominowych, wówczas SO3 w gazach będzie ulegał kondensacji i reakcji z wodą z utworzeniem H2SO4, powodując w ten sposób problemy związane z korozją wewnątrz pieca. Również gazy kominowe wychodzące z pieca ulegają natychmiastowemu schłodzeniu, zaś SO3 i inne kwasy w tych gazach ulegają kondensacji, powodując lokalny kwaśny deszcz, który obejmuje kondensację i osiadanie SO3 i innych kwasów na powierzchni okolicznej ziemi i następującą po tym korozję. Nadwyżkowa ilość SO3 będzie ulegać kondensacji w małe kropelki, tworząc widzialną chmurę przy wylocie z pieca, co stanowi również problem estetyczny i problem władz lokalnych. Jeśli w gazach kominowych są obecne związki zbliżone pokrewne NH3, mogą one reagować z SO3 tworząc wodorosiarczan amonu (NH3HSO4), który następnie powoduje zanieczyszczenie ogrzewacza powietrza.Chimney gases from power plants have long been recognized as a source of atmospheric pollution. When fossil fuels are burned, certain naturally occurring elements are oxidized to acid forms such as SO3, NOx, HCl, HF and the like. These acidic substances, and in particular SO3, can be a problem if their concentration exceeds certain threshold values. For example, as the concentration of SO3 increases, the acid dew point temperature of the flue gas also increases. If the temperature of the flue gases is lower than the acid dew point temperature of these flue gases, SO 3 in the gases will condense and react with water to form H 2 SO 4, thus causing corrosion problems inside the furnace. The flue gas from the furnace also cools immediately and the SO3 and other acids in these gases condense, causing localized acid rain which includes condensation and settling of SO3 and other acids on the surrounding ground and subsequent corrosion. Excess SO3 will condense into tiny droplets, creating a visible cloud at the kiln exit, which is also an aesthetic problem and a problem for local authorities. If NH3-related compounds are present in the stack gas, they can react with SO3 to form ammonium bisulfate (NH3HSO4), which then contaminates the air heater.

W zwią zku z tym istnieje potrzeba obniż enia kwasowej temperatury punktu rosy gazów kominowych tak, aby kwasowa temperatura punktu rosy była niższa od temperatury gazów kominowych w najchłodniejszych częściach pieca, takich, jak kanały i komin. Istnieje również potrzeba obniż enia zawartości składników kwasowych w gazach kominowych tak, aby zminimalizować lokalny kwaśny deszcz i inne problemy związane z gazami kominowymi o dużej zawartości składników kwasowych.Accordingly, there is a need to lower the acid dew point temperature of the flue gases so that the acid dew point temperature is lower than the flue gas temperature in the coolest parts of the furnace, such as the ducts and chimney. There is also a need to lower the acid constituents of the flue gas so as to minimize localized acid rain and other problems associated with high acid flue gases.

Rozdrobniony materiał niesiony przez gazy kominowe może być usuwany za pomocą filtrów elektrostatycznych, które sprawiają, że poszczególne cząstki przyjmują ładunek elektryczny, a następnie wykorzystują ten ładunek do przyciągnięcia ich do płyt kolektora w celu usunięcia tych cząstek. Wydajność tych filtrów elektrostatycznych zależy od zdolności poszczególnych cząstek do przejmowania ładunku, tj. oporność tych cząstek. Stwierdzono, że obecność SO3 w gazach kominowych skutecznie obniża oporność cząstek, sprawiając, że łatwiej ulegają one naładowaniu elektrostatycznemu.The fine material carried by the flue gases can be removed by electrostatic filters which make the individual particles take on an electric charge and then use this charge to attract them to the collector plates to remove these particles. The performance of these electrostatic filters depends on the charge-taking capacity of the individual particles, i.e. the resistance of these particles. The presence of SO3 in the flue gas was found to be effective in reducing the resistance of the particles, making them more easily electrostatically charged.

Podczas spalania węgla pewna część naturalnie występującej w nim siarki przekształca się w SO3. Z drugiej strony, skuteczność SO3 w obniż aniu opornoś ci rozdrobnionej materii w gazach kominowych zależy od stężenia SO3, przy czym około 15 do 20 części na milion (ppm) daje optymalne wyniki. Tak więc, na wydajność filtra wpływa zdolność dostosowania ilości SO3 w gazach kominowych, niezależnie od zawartości siarki w spalanym węglu, w taki sposób, aby zapewnić uzyskanie optymalnego zakresu całkowitego stężenia SO3.When coal is burned, some of its naturally occurring sulfur turns into SO3. On the other hand, the effectiveness of SO3 in reducing the particulate resistance in the flue gas depends on the concentration of SO3, with about 15 to 20 parts per million (ppm) giving optimal results. Thus, the efficiency of the filter is influenced by the ability to adjust the amount of SO3 in the flue gas, irrespective of the sulfur content of the coal burned, so as to ensure an optimal range of the total SO3 concentration is achieved.

SO3 jest również wytwarzany w instalacjach typu SCR (katalizator) przez utlenianie SO2, przy czym często przekracza się stężenie optymalne od 15 do 20 ppm. Blendy katalizatorów stosowane typowo w reaktorach SCR do redukcji NOx do N2 (w obecności amoniaku) powodują również utlenianie SO2 do SO3. Szybkość tej reakcji w dużym stopniu zależy od temperatury, zaś przy wyższych temperaturach więcej niż 1% SO2 może ulec przekształceniu w SO3. Amerykański węgiel o dużej zawartości siarki powoduje wytworzenie od 2000 do 3000 ppm SO2 w kotle, co prowadzi do uzyskania stężenia SO3 od 20 do 30 ppm wychodzącego z reaktora SCR. Problemem jest to, że mniej więcej 50%, lub od 10 do 15 ppm SO3 wychodzącego z reaktora SCR przechodzi przez płuczkę wieżową i wydostaje się przez komin. Przy okoł o 8 do 10 ppm, w zależ noś ci od stężenia drobnych czą stek, SO3 staje się widoczny w postaci błękitnej chmury.SO3 is also produced in SCR (catalyst) plants by the oxidation of SO2, the optimum concentration of 15 to 20 ppm is often exceeded. Catalyst blends typically used in SCR reactors to reduce NOx to N2 (in the presence of ammonia) also oxidize SO2 to SO3. The rate of this reaction is highly temperature dependent, and at higher temperatures more than 1% of the SO2 can be converted to SO3. American high-sulfur coal produces 2,000 to 3,000 ppm of SO2 in the boiler, resulting in an SO3 concentration of 20 to 30 ppm leaving the SCR reactor. The problem is that roughly 50% or 10 to 15 ppm of the SO3 leaving the SCR reactor passes through the scrubber and exits through the stack. At about 8 to 10 ppm, depending on the concentration of fine particles, SO3 becomes visible as a blue cloud.

Ponadto, SO3 może być również wytwarzany katalitycznie na powierzchniach innych kotłów w wyniku oddziaływania wzajemnego z pierwiastkami/substancjami chemicznymi takimi, jak wanad.In addition, SO3 can also be generated catalytically on the surfaces of other boilers by interacting with elements / chemicals such as vanadium.

W związku z tym, ponieważ każda ilość SO3 utworzona przed SCR przyczynia się do zwiększenia ilości emitowanego SO3, zmniejszenie ilości SO3 tworzonego przed SCR jest ważne dla zmniejszenia ilości emitowanego SO3 i pozwala na zastosowanie SCR do redukcji NOx w przypadku gazów bez wytwarzania nadmiernej ilości SO3.Consequently, since any amount of SO3 formed before SCR contributes to increasing the amount of SO3 emitted, reducing the amount of SO3 formed upstream of the SCR is important for reducing the amount of SO3 emitted and allows SCR to be used to reduce NOx for gases without producing excess SO3.

Jeśli stężenie SO3 jest zbyt małe, filtr pracuje z wydajnością poniżej wydajności optymalnej. Z drugiej strony, jeś li stężenie SO3 jest zbyt duż e, gazy kominowe stają się silnie kwasowe, tworzą c „błękitną chmurę” i przyczyniając się do kwaśnych deszczów. Dodatkowo, kwasowe gazy kominoweIf the SO3 concentration is too low, the filter operates with a capacity below the optimal capacity. On the other hand, if the SO3 concentration is too high, the flue gas becomes highly acidic, creating a "blue cloud" and contributing to acid rain. Additionally, acidic flue gases

PL 208 657 B1 przyczyniają się do korozji rur, którymi przechodzą gazy kominowe oraz, przy połączeniu z substancjami chemicznymi zbliżonymi do NH3, mogą powodować zatykanie się ogrzewaczy powietrza.They contribute to the corrosion of the pipes through which the flue gases pass and, when combined with chemicals similar to NH3, can clog air heaters.

Ponadto, SCR jest często przewidziany jedynie do używania jedynie przez sześć miesięcy na rok (podczas letniego sezonu kontroli zawartości ozonu), zaś w zimie jest wyłączony z układu poprzez obejście. Powoduje to sezonową zmienność stężenia SO3 w filtrze, w kanałach i przy wylocie z komina.Moreover, the SCR is often only intended to be used for six months per year (during the summer ozone control season) and in winter it is excluded from the system by bypass. This causes seasonal variability in SO3 concentration in the filter, in the ducts and at the chimney outlet.

Z tych przyczyn pożądane jest kontrolowanie stężenia SO3 w gazach kominowych w zależ noś ci od tego, czy reaktor SCR jest w użyciu, czy nie. Stężenie SO3 zbliżone do 40 ppm w znaczącym stopniu przyczynia się do lokalnych problemów związanych z kwaśnymi deszczami, przy czym chociaż problemy te niekoniecznie są uregulowane przepisami, to wciąż mogą stanowić zagrożenie dla środowiska naturalnego w pobliżu zakładu stanowiącego źródło emisji. Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska (US EPA) wskazała, że należy oczekiwać dalszych regulacji dotyczących emisji SO3.For these reasons, it is desirable to control the concentration of SO3 in the flue gas depending on whether an SCR reactor is in use or not. An SO3 concentration close to 40 ppm is a significant contributor to the local acid rain problems, and while these problems are not necessarily regulated, they can still pose an environmental risk in the vicinity of the emission source plant. The US Environmental Protection Agency (US EPA) indicated that further regulation of SO3 emissions should be expected.

Pożądane jest więc posiadanie układu do kontroli SO3 w gazach kominowych, zdolnego do dostosowywania stężenia SO3 w gazach kominowych, przy zainstalowanym reaktorze SCR lub bez niego, w taki sposób, aby utrzymać stężenie SO3 na poziomie optymalnym przy zwiększonym wykorzystaniu ESP (filtra elektrostatycznego) bez zwiększonej lokalnej emisji SO3.It is therefore desirable to have a flue gas SO3 control system capable of adjusting the SO3 concentration in the flue gas, with or without an SCR reactor installed, in such a way as to maintain the SO3 concentration at an optimal level with increased use of ESP (electrostatic precipitator) without increased local SO3 emissions.

Stopniowanie spalania jest procesem spalania paliwa, tj. węgla, w dwóch lub większej liczbie etapów. Etap spalania w warunkach dużej dostępności paliwa, lub po prostu etap „bogaty”, to etap w którym nie ma dostatecznego dostę pu powietrza potrzebnego do cał kowitego spalenia paliwa. Etap spalania w warunkach niedostatecznego dostępu do paliwa to etap, w którym ilość dostępnego powietrza jest wystarczająca lub nadwyżkowa w stosunku do ilości potrzebnej do całkowitego spalenia paliwa. Stopniowanie w stanie techniki wykorzystywano do redukcji NOx przez a) redukcję temperatur szczytowych (termiczne NOx) oraz przez zapewnienie środowiska redukującego (redukcja NOx). Makrostopniowanie jest to podzielenie całych fragmentów pieca na etapy spalania w warunkach dużej dostępności paliwa i spalania w warunkach niedostatecznej dostępności paliwa, przy czym osiąga się to poprzez zastosowanie takich technik jak technika powietrza znad płomienia (Over-Fired Air [OFA]). Mikrostopniowanie jest to stworzenie sąsiadujących ze sobą mikrośrodowisk o funkcjonalnie różnych charakterystykach, takich, jak potencjał redukcyjny, temperatura i tym podobne. Mikrostopniowanie można osiągnąć w piecu na przykład w pierwszym etapie spalania poprzez zastosowania palników do spalania z niewielką emisją NOx z dostosowaniem ustawień łopatek wirników i zasuw kominowych. Zwiększone stopniowanie powoduje zwiększenie czasu przebywania w atmosferze redukującej i zwię kszenie wpł ywu atmosfery redukują cej.Burn staging is the process of burning fuel, i.e. coal, in two or more stages. The combustion stage in conditions of high fuel availability, or simply the "rich" stage, is the stage in which there is not enough air available for complete combustion of the fuel. The combustion stage under conditions of insufficient fuel access is the stage where the amount of available air is sufficient or in excess of the amount needed to completely burn the fuel. Staging in the prior art has been used to reduce NOx by a) reducing peak temperatures (thermal NOx) and by providing a reducing environment (NOx reduction). Macrostaging is the division of entire pieces of the furnace into combustion stages under conditions of high fuel availability and combustion under conditions of insufficient fuel availability, and this is achieved through the use of techniques such as Over-Fired Air (OFA). Micro-staging is the creation of adjacent microenvironment with functionally different characteristics, such as reduction potential, temperature, and the like. Micro-staging can be achieved in a furnace, for example in the first stage of combustion, by using low-NOx combustion burners with adaptation of the settings of the impeller blades and chimney dampers. Increased grading increases the residence time in the reducing atmosphere and increases the influence of the reducing atmosphere.

W stanie techniki mikrostopniowanie wykorzystywano do redukcji emisji NOx z pieców do spalania. Etap z wykorzystaniem palników do spalania z niewielką emisją NOx (LNB) prowadzi się przez dostarczanie głównego strumienia powietrza o dużej zawartości paliwa do pieca, gdzie miesza się ono z pobocznym strumieniem powietrza przepływającym przez jedną lub większą liczbę zasuw kominowych pobocznego strumienia powietrza. LNB głównie wykorzystują mikrostopniowanie. Przepływ przez LNB jest tak uregulowany, że związki lotne z węgla mieszają się z dostępnym w pobliżu powietrzem w stosunku stechiometrycznym bliskim jedności (1,0), przez co utrzymuje się płomień w miejscu. Spalanie w centralnej, rdzeniowej części płomienia w pobliżu palnika w całości jest spalaniem w warunkach pełnej dostępności do paliwa i nie prowadzi do wytworzenia dużych ilości „termicznych” NOx, ponieważ temperatura spalania jest niska. Węgiel jest ostatecznie spalany w głębi pieca, w miarę, jak coraz więcej powietrza powoli miesza się z centralną, rdzeniową częścią płomienia. Większość NOx wytworzonych w tym obszarze pochodzi z azotu związanego w paliwie, który przereagował do NO poprzez produkt pośredni HCN. Szybkość, z jaką poboczny strumień powietrza miesza się z rdzeniowym przepł ywem ustala się za pomocą przepustnic i ł opatek wirników, jak również za pomocą łopatek obrotowych w przewodzie dostarczającym węgiel. Układy LNB przyczyniają się do zmniejszenia ilości NOx przez stopniowanie, ponieważ występuje w nich ciągłe mieszanie produktów spalania w warunkach pełnej dostępności paliwa z pobocznym strumieniem powietrza w całej strefie spalania.In the prior art, micro-staging has been used to reduce NOx emissions from combustion furnaces. The Low NOx Combustion (LNB) stage is accomplished by supplying the main high fuel content air stream to the furnace where it mixes with the secondary air stream flowing through one or more side stream chimneys. LNBs mainly use micro-graduation. The flow through the LNB is regulated so that the volatile compounds in the coal mix with the nearby air in a stoichiometric ratio close to unity (1.0), thereby keeping the flame in place. Combustion in the central, core portion of the flame near the burner is entirely combustible with full fuel availability and does not produce large amounts of "thermal" NOx because the combustion temperature is low. The coal is eventually burnt down the depths of the furnace as more and more air slowly mixes with the center, core of the flame. Most of the NOx produced in this area comes from the nitrogen bound in the fuel that has been converted to NO via the HCN intermediate. The rate at which the secondary air flow mixes with the core flow is set by the dampers and rotor blades as well as by the rotating blades in the coal supply conduit. LNB systems contribute to NOx reduction by staging as they continuously mix the combustion products under conditions of full fuel availability with a by-flow of air throughout the combustion zone.

W stanie techniki stosowano makrostopniowanie w celu zmniejszenie emisji z pieców do spalania. Makrostopniowanie obejmuje intensywnie mieszanie paliwa z powietrzem w dolnym piecu, przy czym mieszanie dla dużej części strumienia następuje w stosunku stechiometrycznym mniejszym od jedności. Ostatecznie wymagany jest nadmiar tlenu, aby zapewnić całkowite spalenie paliwa i zmniejszyć ryzyko eksplozji. W piecu nadmiarowe powietrze po etapie makrostopniowania wprowadza się współprądowo względem palników. Zwiększone stopniowanie uzyskuje się przez zwiększenie czasu przebywania, temperatury lub przez zmniejszenie jakości produktów spalania w braku tlenu.The prior art has used macro-staging to reduce emissions from incineration furnaces. Macrostaging involves intensive mixing of fuel with air in the lower furnace, mixing for a large part of the stream in a stoichiometric ratio of less than one. Ultimately, excess oxygen is required to ensure complete combustion of the fuel and reduce the risk of an explosion. In the furnace, excess air is introduced downstream of the burners after the macrocurrent step. Increased gradation is achieved by increasing the residence time, temperature, or by reducing the quality of the combustion products in the absence of oxygen.

PL 208 657 B1PL 208 657 B1

W stanie techniki stosowano zarówno mikrostopniowanie (LNB) i makrostopniowanie (OFA) w celu zmniejszenia emisji NOx z pieców do spalania. W przypadku jednoczesnego stosowania mikrostopniowania i makrostopniowania, składniki każdego z nich stosuje się i dopasowuje tak, aby osiągnąć zmniejszenie emisji NOx.The prior art has used both micro-staging (LNB) and macro-staging (OFA) to reduce NOx emissions from combustion furnaces. When micro-grading and macro-grading are used simultaneously, the components of each are used and matched to achieve NOx reduction.

Nigdzie wcześniej w stanie techniki nie ujawniono informacji o zastosowaniu stopniowania do zmniejszenia kwasowości gazów kominowych, do kontroli kwasowej temperatury punktu rosy lub do kontroli stężenia SO3 w gazach odlotowych.Nowhere in the prior art has been disclosed the use of staging to reduce the acidity of the flue gas, to control the acid dew point temperature, or to control the concentration of SO 3 in the waste gas.

Przedmiotem wynalazku jest sposób kontrolowania stężenia SO3 w procesie spalania paliwa zawierającego siarkę, charakteryzujący się tym, że w pierwszym etapie paliwo poddaje się częściowemu spaleniu do wytworzenia środowiska redukującego, następnie środowisko redukujące utrzymuje się przez okres wystarczający do zredukowania SO3 do SO2 do uzyskania pożądanego poziomu SO3, po czym pozostałości paliwa i pośrednie produkty spalania spala się w drugim etapie w ś rodowisku utleniają cym. W jednym z korzystnych wariantów realizacji sposobu wedł ug wynalazku prowadzi się go z wykorzystaniem selektywnej redukcji katalitycznej do kontrolowania emisji NOx, przy czym po pierwszym etapie środowisko redukujące utrzymuje się przez okres wystarczający do zredukowania SO3 do SO2 przed selektywną redukcją katalityczną do uzyskania pożądanego poziomu SO3. W kolejnym korzystnym wariancie realizacji sposób wedł ug wynalazku obejmuje ponadto etap mikrostopniowania pierwszego etapu spalania paliwa. W szczególnie korzystnym przypadku mikrostopniowanie zapewnia się przez zastosowanie palników do spalania z niewielką emisją NOx.The present invention relates to a method of controlling SO3 concentration in the combustion of sulfur-containing fuel, characterized in that in the first stage the fuel is partially burned to create a reducing environment, then the reducing environment is maintained for a period sufficient to reduce SO3 to SO2 to obtain the desired SO3 level. , after which the fuel residues and intermediate products of combustion are burned in a second stage in an oxidizing environment. In one preferred embodiment, the process of the invention is carried out using selective catalytic reduction to control NOx emissions, the reducing medium being maintained after the first step for a period sufficient to reduce SO3 to SO2 prior to the selective catalytic reduction to achieve the desired SO3 level. In a further preferred embodiment, the method according to the invention further comprises a micro-staging step of the first fuel combustion stage. In a particularly preferred case, micro-staging is provided by the use of low-NOx combustion burners.

W nastę pnym korzystnym wariancie realizacji sposób wedł ug wynalazku obejmuje ponadto etap makrostopniowania pierwszego etapu spalania paliwa. W szczególnie korzystnym przypadku makrostopniowanie zapewnia się przez zastosowanie powietrza znad płomienia.In a further preferred embodiment, the method according to the invention further comprises a macrostaging step of the first fuel combustion stage. In a particularly preferred case, the macro-grading is provided by the use of air from above the flame.

W dalszym korzystnym wariancie realizacji sposób według wynalazku obejmuje kombinację mikrostopniowania i makrostopniowania. W szczególnie korzystnym przypadku mikrostopniowanie zapewnia się przez zastosowanie palników do spalania z niewielką emisją NOx, zaś makrostopniowanie zapewnia się przez zastosowanie powietrza znad płomienia. W szczególnie korzystnym wariancie realizacji sposobu według wynalazku paliwem jest węgiel.In a further preferred embodiment, the method according to the invention comprises a combination of micro-grading and macro-grading. In a particularly preferred case, micro-staging is provided by the use of low-NOx-emission combustion burners, and macro-staging is provided by the use of air from above the flame. In a particularly preferred embodiment of the process according to the invention, the fuel is coal.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji zilustrowano na rysunku, na którym Fig. 1A przedstawia schemat technologiczny, na którym przedstawiono etapy procesu makrostopniowania w przedmiotowym wynalazku, zaś Fig. 1B przedstawia schemat technologiczny, na którym przedstawiono etapy procesu mikrostopniowania w przedmiotowym wynalazku.The invention is illustrated in an embodiment in the drawing in which Fig. 1A is a flowchart showing the steps of a macro-grading process in the present invention, and Fig. 1B is a flowchart that shows the steps of a micro-grading process in the present invention.

W nastę pują cym opisie podobne odnoś niki oznaczają podobne lub odpowiadające części w szeregu wariantów. W odniesieniu do poniższego opisu należy również rozumieć, że okreś lenia takie, jak „naprzód, „wstecz”, „przód”, „tył”, „prawy”, „lewy”, „wnoszący”, „opadający i tym podobne, stanowią słowa pomocnicze i nie należy ich interpretować jako określenia ograniczające. W niniejszym opisie określenie „redukowalny kwas” odnosi się do kwasów, w których kwasowość może być zmniejszona lub wyeliminowana na drodze elektrochemicznej redukcji kwasu.In the following description, like references designate like or corresponding parts throughout a series of variants. With respect to the following description, it should also be understood that terms such as "forward," backward "," front "," back "," right "," left "," up "," falling "and the like are the words auxiliary and should not be interpreted as limiting. As used herein, the term "reducible acid" refers to acids in which acidity can be reduced or eliminated by electrochemical reduction of the acid.

Jak wskazano powyżej przedmiotowy wynalazek dotyczy sposobu kontrolowania stężenia SO3 w procesie spalania paliwa zawierającego siarkę przy zastosowaniu stopniowania spalania. Sposób ten umożliwia wewnątrzpiecowe kontrolowanie kwasowej temperatury punktu rosy a także wewnątrzpiecowe kontrolowanie stężenia SO3. Zwiększone stopniowanie korzystnie wykorzystuje się do jednoczesnego obniżenia kwasowości, obniżenia kwasowej temperatury punktu rosy i zmniejszenia poziomu zawartości SO3 w gazach kominowych.As indicated above, the present invention relates to a method of controlling SO3 concentration in a combustion process of a sulfur-containing fuel using combustion staging. This method enables an in-furnace acid dew point control as well as an in-furnace SO3 concentration control. The increased gradation is advantageously used to simultaneously lower acidity, lower the acid dew point temperature and lower the SO 3 level in the stack gas.

Podobnie do tego, w jaki sposób NOx są redukowane z powrotem do N2 w „bogatym” środowisku redukującym, SO3 jest redukowany w środowisku redukującym z powrotem do SO2. Dzięki wykorzystaniu makrostopniowania, centralna część pieca poniżej dyszy OFA w przeważającej części stanowi obszar spalania przy dużej dostępności paliwa. To stopniowane środowisko może być dostosowane do stanu, w którym będzie jeszcze mniej wymieszane w celu wytworzenia mikroetapów w ramach pierwszego etapu spalania. Mieszanie moż e być zmniejszone przez zmniejszenie ustawień szybkości obrotów łopatek wirników w głównym strumieniu powietrza i węgla lub dodatkowo lub w innym przypadku przez ustawienia ł opatek wirników i zasuwy kominowej dla pobocznego strumienia powietrza, dzięki czemu tworzy się redukujące mikroetapy, lub dodatkowo lub w innym przypadku zmieniane mogą być względne szybkości wylotowe pierwotnego strumienia powietrza i strumienia węgla oraz wtórnego strumienia powietrza.Similar to how NOx is reduced back to N2 in the "rich" reducing environment, SO3 is reduced back to SO2 in the reducing environment. Thanks to the use of macro-staging, the central part of the furnace below the OFA nozzle is for the most part the combustion area with high fuel availability. This graded environment can be adjusted to be even less agitated to produce the micro-stages in the first combustion stage. Agitation may be reduced by reducing the rotor blade rotation speed settings in the main air and coal stream, or additionally or otherwise by adjusting the rotor blades and chimney damper for the secondary air stream, thereby creating reducing micro-stages, or additionally or otherwise the relative exit rates of the primary air stream and the carbon stream and the secondary air stream can be varied.

PL 208 657 B1PL 208 657 B1

Podczas, gdy większość związanej w paliwie siarki tworzy SO2, część tworzy SO3 bezpośrednio podczas spalania siarki związanej w paliwie. SO2 może reagować z utworzeniem dalszych ilości SO3 w wyniku nastę pują cej reakcji utleniania:While most of the sulfur bound in the fuel forms SO2, some forms SO3 directly when the sulfur bound in the fuel is burned. SO2 can react to form further SO3 as a result of the following oxidation reaction:

SO₂ + O (+M) SO₃ (+M)SO ₂ + O (+ M) SO ₃ (+ M)

Jednakże, ta trójcząsteczkowa reakcja jest bardzo powolna. Dodatkowe źródło SO3 w środowisku utleniającym stanowi reakcja:However, this three-particle reaction is very slow. An additional source of SO3 in the oxidizing environment is the reaction:

502 + O2 ^- SO3 + O502 + O2 ^ - SO3 + O

Ta reakcja nie wymaga, aby nastąpiło jednoczesne zderzenie się trzech cząstek; jednakże jest ona bardzo wrażliwa na temperaturę, wymaga wysokiej temperatury, a także występuje duże prawdopodobieństwo zachodzenia reakcji odwrotnej:This reaction does not require the three particles to collide simultaneously; however, it is very sensitive to temperature, requires high temperature, and is also highly likely to reverse:

503 + O ^- SO2 + O2503 + O ^ - SO2 + O2

Żadna z trzech powyższych reakcji nie występuje w znaczącym stopniu w środowisku redukującym ze względu na brak O i O2. W środowisku redukującym bezpośrednia konwersja SO3 do SO2 zachodzi w wyniku następującej, ogólnej reakcji „redukcji”:None of the three reactions above occurs to a significant extent in the reducing medium due to the absence of O and O2. In a reducing environment, direct conversion of SO3 to SO2 occurs as a result of the following general "reduction" reaction:

SO3 + R ^- SO2 + RO gdzie R oznacza dowolny rodnik o właściwościach redukujących. Głównym rodnikiem podczas spalania paliw kopalnych jest rodnik H.SO3 + R ^ - SO2 + RO where R is any radical with reducing properties. The main radical during the combustion of fossil fuels is the radical H.

SO3 + H SO2 + OHSO3 + H SO2 + OH

Wiele rodników i cząsteczek może pełnić funkcję w środowisku redukującym, np. H, OH, C, CO, CH, CH2, C2H, CH3, CnHm, N, NHi i wiele innych.Many radicals and molecules can perform a function in a reducing environment, e.g. H, OH, C, CO, CH, CH2, C2H, CH3, CnHm, N, NHi and many others.

Powyższe reakcje redukcji SO3 są bardzo szybkie przy znaczącym stężeniu rodników redukujących (R). Wystarczające stężenie występuje głównie w środowisku redukującym w ramach pierwszego etapu spalania (w warunkach dużego dostępu paliwa).The above SO3 reduction reactions are very fast with a significant concentration of reducing radicals (R). Sufficient concentration occurs mainly in the reducing environment of the first combustion stage (conditions with high fuel availability).

W podzielonym na stopnie ś rodowisku redukują cym w warunkach duż ego dostę pu paliwa chemia utleniania nie ma dużego znaczenia w związku ze znacznie obniżonym (zredukowanym praktycznie do zera) stężeniem indywiduów biorących udział w spalaniu, np. OH, O, O2, HO2, H2O2 i wielu innych. W tym środowisku różne substancje silnie ze sobą współzawodniczą w zakresie reakcji z każdym dostępnym indywiduum tlenowym. Cząsteczki zawierają ce atomy tlenu, które występują we względnie małym stężeniu, są zużywane przez indywidua potrzebujące tlenu, które występują w wysokim stężeniu, np. tlen w NO jest zużywany przez inne indywidua takie, jak C, CO, H i CH. Cząsteczki, które zawierają wiele atomów tlenu są szczególnie zagrożone, np. SO3 ulega szybkiemu przekształceniu z powrotem do SO2 w wyniku oddzielenia tlenu przez praktycznie każde indywiduum znajdujące się w pobliżu, najczęściej przez atomy wodoru.In a reducing environment divided into degrees, under conditions of high fuel access, the oxidation chemistry is not of great importance in connection with the significantly reduced (practically reduced to zero) concentration of individuals involved in combustion, e.g. OH, O, O2, HO2, H2O2 and many other. In this environment, various substances compete strongly with each other in terms of reaction with any available oxygen species. Oxygen-containing molecules that are relatively low in concentration are consumed by oxygen-requiring individuals that are in high concentration, e.g., oxygen in NO is consumed by other species such as C, CO, H, and CH. Molecules that contain many oxygen atoms are particularly at risk, for example SO3 is rapidly converted back to SO2 as a result of oxygen separation by virtually every species in the vicinity, most often hydrogen atoms.

Tak więc, w środowisku redukującym reakcja redukcji SO3 zachodzi bardzo szybko w sposób praktycznie nieodwracalny przy utrzymanym środowisku redukującym.Thus, in a reducing medium, the SO3 reduction reaction proceeds very quickly in a practically irreversible manner with the reducing medium maintained.

Nieoczekiwanie okazało się, że w przypadku sposobów według przedmiotowego wynalazku stwierdzono występowanie efektu opałowego polegającego na tym, że każda ilość SO3 wytworzonego podczas spalania ulega szybkiej redukcji SO2 w pierwszym etapie, zaś SO3 nie jest odtwarzany w wyniku utleniania SO2 ponieważ czas przebywania w wystarczająco wysokiej temperaturze w piecu jest zbyt krótki w dalszych etapach spalania w warunkach niedostatecznego dostępu paliwa. Tak więc, w przedmiotowym wynalazku z korzyś cią wykorzystuje się róż nice pomię dzy szybkoś ciami reakcji w celu zredukowania i utrzymania poziomu SO3 w gazach kominowych.Surprisingly, it has been found that the processes of the present invention have a heating effect whereby any amount of SO3 produced during combustion is rapidly reduced in SO2 in the first step and SO3 is not reconstituted by oxidation of SO2 because the residence time at a sufficiently high temperature in the furnace is too short in further stages of combustion in conditions of insufficient fuel access. Thus, the present invention advantageously exploits the difference between reaction rates to reduce and maintain the SO3 level in the stack gas.

Zwiększone stopniowanie powoduje zwiększenie czasu przebywania w atmosferze redukującej lub zwiększenie potencjału redukcyjnego atmosfery, w celu zmniejszenia stężenia SO3 i obniżenia w ten sposób temperatury punktu rosy. Tak więc, aby zwiększyć redukcję SO3, można zwiększyć czas przebywania lub potencjał redukcyjny w gazach kominowych.Increased gradation increases the residence time in the reducing atmosphere or increases the reducing potential of the atmosphere in order to reduce the concentration of SO3 and thereby lower the dew point temperature. Thus, to increase the SO3 reduction, the residence time or reduction potential in the stack gas can be increased.

Aby zwiększyć czas przebywania można zastosować szereg metod:Several methods can be used to increase the residence time:

1. Można zwiększyć odległość pomiędzy etapami;1. You can increase the distance between steps;

2. Można zwiększyć mieszanie w przypadku zastosowania makrostopniowania;2. Mixing can be increased if macro grading is used;

3. Można zmniejszyć mieszanie w przypadku zastosowania mikrostopniowania;3. Mixing can be reduced if micro-stages are used;

PL 208 657 B1PL 208 657 B1

4. Można zmniejszyć masowe natężenie przepływu pomiędzy etapami (głębsze stopniowanie);4. The mass flow rate between stages can be reduced (deeper graduation);

5. Można zwiększyć wykorzystanie objętości pomiędzy etapami (np. wirowanie)5. Volume utilization between steps can be increased (e.g. centrifugation)

6. Można zwiększyć ciśnienie;6. You can increase the pressure;

7. Można zwiększyć gęstość.7. Density can be increased.

Aby zwiększyć potencjał redukcyjny w gazach kominowych można zastosować szereg metod:A number of methods can be used to increase the reduction potential in the flue gas:

1. Można zwiększyć temperaturę;1. You can increase the temperature;

2. Można zmniejszyć stosunek stechiometryczny (tj. stosunek powietrza do paliwa)2.The stoichiometric ratio (i.e. the ratio of air to fuel) can be reduced

3. Można zwiększyć miejscowy przepływ paliwa (dla ustalonego przepływu powietrza);3. Local fuel flow (for steady air flow) can be increased;

4. Można zmniejszyć miejscowy przepływ powietrza (dla ustalonego przepływu paliwa).4. Local air flow (for steady fuel flow) can be reduced.

Mieszanie w obrębie etapu również wpływa na proces redukcji. Najlepszy jest etap obejmujący całkowite wymieszanie przy mieszaninie stechiometrycznej, ponieważ te warunki reakcji pozwalają na uzyskanie najwyższej temperatury przy jednoczesnym utrzymaniu środowiska redukującego, tj. zminimalizowanie stężenia rodników utleniających takich, jak rodniki O. Jednakże, ponieważ mieszanie doskonałe jest niepraktyczne, w praktyce stosuje się stosunek stechiometryczny mniejszy od jedności, co pozwala na maksymalne ograniczenie występowania rejonów, w których stosunek stechiometryczny byłby większy od jedności. Jednakże, ze względu na zmniejszone mieszanie, konieczny jest dłuższy czas przebywania i/lub wyższa temperatura, aby osiągnąć podobne obniżenie całkowitej kwasowości kwasowej temperatury punktu rosy i/lub stężenia SO3. Jednakże temperatura gazów kominowych zależy w pewnym stopniu od poziomu mieszania i obniża się, gdy mieszanie jest zmniejszone. W zwią zku z tym, jeś li dla danej intensywnoś ci mieszania pożądana jest zwię kszona temperatura, musi być ona zwiększona za pomocą innych środków, takich, jak ogrzewanie wstępne powietrza, zmiana charakterystyki wymiany cieplnej pieca i tym podobnych. Alternatywnie lub dodatkowo, czas przebywania w środowisku redukującym może być zwiększony przez opóźnianie wprowadzenia powietrza w etapie spalania w warunkach niedostatecznego dostępu paliwa, takie jak wdmuchiwanie OFA.Mixing within a step also influences the reduction process. The best step is to include complete mixing in a stoichiometric mixture as these reaction conditions allow the highest temperature to be obtained while maintaining the reducing environment, i.e. minimizing the concentration of oxidizing radicals such as O radicals. However, since perfect mixing is impractical, the ratio used in practice is stoichiometric less than unity, which allows to minimize the occurrence of regions in which the stoichiometric ratio would be greater than unity. However, due to the reduced agitation, longer residence times and / or higher temperatures are necessary to achieve a similar reduction in total acidity, dew point temperature and / or SO3 concentration. However, the temperature of the flue gas is somewhat dependent on the level of agitation, and it lowers as agitation is reduced. Accordingly, if an increased temperature is desired for a given agitation intensity, it must be increased by other means such as air preheating, changing the heat transfer characteristics of the furnace, and the like. Alternatively or additionally, the residence time in the reducing environment may be increased by delaying the introduction of air into the combustion step under fuel insufficient conditions such as the injection of OFA.

Należy zauważyć, że SO3 jest tworzony przez utlenianie SO2 w katalizatorze, ponieważ katalizator umożliwia utlenianie SO2 w wyniku następującej reakcji:Note that SO3 is formed by the oxidation of SO2 in the catalyst because the catalyst allows SO2 to be oxidized by the following reaction:

SO2 + /2 O2 —— SO3SO2 + / 2 O2 —— SO3

Wytwarzanie SO3 w katalizatorze jest niezależne od stężenia SO3 w gazach, ponieważ reakcja katalizowana jest zależna jedynie od stężenia SO2 i O2. Tak więc, każda ilość SO3, która ulega redukcji zgodnie z przedmiotowym wynalazkiem niezależnie obniża ilość SO3 na wyjściu i nie podlega wpływowi oraz sama nie wpływa na wytwarzanie SO3 w katalizatorze.The production of SO3 in the catalyst is independent of the SO3 concentration in the gases, since the catalyzed reaction depends only on the concentration of SO2 and O2. Thus, any amount of SO3 that is reduced in accordance with the present invention independently reduces the amount of SO3 output and is unaffected and does not itself affect the production of SO3 in the catalyst.

Przedmiotowy wynalazek zapewnia zatem sposób kontrolowania i zmniejszania kwasowości gazów kominowych, a w szczególności stężenia SO3 w gazach kominowych, w celu korzystnego wpływania na wydajność filtra elektrostatycznego, a bardziej szczegółowo, w celu zmniejszenia stężenia SO3 i innych redukowalnych substancji kwasowych w gazach kominowych w celu zmniejszenia kwasowości gazów kominowych i kwasowego punktu rosy, a przez to zmniejszając zatykanie się ogrzewacza powietrza, korozję przewodów i emisję SO3 do środowiska, która może stanowić źródło widocznych chmur i lokalnych kwaśnych deszczów.The present invention therefore provides a method of controlling and reducing the acidity of the flue gas, and in particular the concentration of SO3 in the flue gas, to favorably affect the performance of the electrostatic precipitator, and more particularly, to reduce the concentration of SO3 and other reducible acid substances in the flue gas to reduce acidity. flue gases and acid dew point, thereby reducing clogging of the air heater, duct corrosion and SO3 emissions to the environment, which can be a source of visible clouds and local acid rain.

Jak najlepiej widać to na Fig. 1A, w preferowanym wariancie realizacji przedmiotowego wynalazku w celu uregulowania kwasowości panującej w piecu i stężenia SO3 w piecu makrostopniowanie realizuje się przez zastosowanie OFA. Jak najlepiej to widać na Fig. 1B, w innym preferowanym wariancie realizacji przedmiotowego wynalazku w celu uregulowania kwasowości panującej w piecu i stężenia SO3 w piecu mikrostopniowanie realizuje się przez zastosowanie palników do spalania z niewielką emisją NOx. W jeszcze innym preferowanym wariancie realizacji przedmiotowego wynalazku w celu uregulowania kwasowości panującej w piecu i stężenia SO3 w piecu stosuje się makrostopniowanie i mikrostopniowanie przez zastosowanie OFA i palników do spalania z niewielką emisją NOx w kombinacji. Dla pieców, w których działają reaktory SCR, kwasowość korzystnie regulowana jest tak, aby obniżyć całkowitą kwasowość gazów kominowych. Dla pieców bez reaktorów SCR lub pieców, w których reaktory SCR są ominięte, stężenie SO3 korzystnie jest regulowane tak, aby ilość SO3 kierowana do ESP zwiększała lub sprzyjała wytrącaniu. Dla obecnych ESP, w celu zapewnienia ich najlepszej wydajności, pożądane jest stężenie pomiędzy około 10 i około 15 ppm (objętościowo) przy wylocie.As best seen in Fig. 1A, in a preferred embodiment of the present invention, to regulate the acidity in the furnace and the SO3 concentration in the furnace, the macrostaging is accomplished by using OFA. As best seen in Fig. 1B, in another preferred embodiment of the present invention, micro-staging is accomplished by using low-NOx combustion burners to regulate the acidity in the furnace and the SO3 concentration in the furnace. In yet another preferred embodiment of the present invention, macro-staging and micro-staging by using OFA and low-NOx combustion burners are used in combination to control the acidity in the furnace and the SO3 concentration in the furnace. For furnaces using SCR reactors, the acidity is preferably controlled so as to lower the overall acidity of the stack gas. For furnaces without SCR reactors or furnaces in which SCR reactors are bypassed, the SO3 concentration is preferably controlled so that the amount of SO3 directed to the ESP increases or promotes precipitation. For existing ESPs, a concentration of between about 10 and about 15 ppm (v / v) at the outlet is desirable to ensure the best performance thereof.

Temperatura punktu rosy stanowi wygodny parametr dla oszacowywania i/lub dostosowywania zmiennych środowiska redukującego w celu osiągnięcia odpowiedniego zmniejszenia kwasowości i/lubThe dew point temperature is a convenient parameter for estimating and / or adjusting the reducing environment variables to achieve adequate acid reduction and / or

PL 208 657 B1 pożądanego stężenia SO3. Dla pożądanego stężenia SO3 i roboczej wilgotności względnej można wyznaczyć punkt rosy i odpowiednio dostosować zmienne środowiska redukującego tak, aby osiągnąć pożądany punkt rosy. Dla osiągnięcia tego samego celu można stosować inne sposoby wyznaczania kwasowości i/lub stężenia SO3 bez odejścia od zakresu przedmiotowego wynalazku.The desired SO3 concentration. For the desired SO3 concentration and the operating relative humidity, the dew point can be determined and the variables of the reducing environment can be adjusted accordingly to achieve the desired dew point. To achieve the same goal, other methods for determining the acidity and / or SO3 concentration may be used without departing from the scope of the present invention.

W preferowanym wariancie realizacji przedmiotowego wynalazku, elektrownia jest sterowana w taki sposób, aby zapewnić głęboko stopniowane, mikrostopniowane lub makrostopniowane środowisko redukujące w dolnym piecu. OFA w górnym piecu dostarcza ilość tlenu konieczną do zapewnienia dopuszczalnego poziomu spalenia pozostałego, niespalonego paliwa, pośrednich produktów spalania i CO. Dodatkowo, w celu zmniejszenia stężenia NOx można stosować reaktor SCR. Tak więc, wariant realizacji według przedmiotowego wynalazku obejmuje piec do spalania z OFA i palniki do spalania z niewielką emisją NOx do zastosowania w przypadku paliw zawierających siarkę w celu zmniejszenia temperatury punktu rosy i zmniejszenia stężenia SO3. Dodatkowo, w celu w celu zmniejszenia stężenia NOx można stosować reaktor SCR. Korzystnie palniki do spalania z niewielką emisją NOx są urządzeniami takiej klasy, że zapewniają odpowiednie mieszanie w pierwszym etapie w celu zapewnienia odpowiedniego obniżenia kwasowej temperatury punktu rosy oraz zmniejszenia stężenia SO3, co pozwala na zastosowanie reaktora SCR, jeśli jest to potrzebne. Tak więc, jeden z wariantów realizacji przedmiotowego wynalazku obejmuje piec do spalania z wysokiej klasy palnikami do spalania z niewielką emisją NOx w celu redukowania kwasowości gazów kominowych, obniżania kwasowej temperatury rosy i zmniejszania stężenia SO3 w gazach kominowych. Ten wariant realizacji może również obejmować reaktor SCR.In a preferred embodiment of the present invention, the power plant is controlled in such a way as to provide a deeply graded, micro- or macro-graded reducing environment in the lower furnace. The OFA in the upper furnace supplies the amount of oxygen necessary to ensure an acceptable level of combustion of the remaining unburned fuel, intermediate combustion products and CO. Additionally, an SCR reactor can be used to reduce the NOx concentration. Thus, an embodiment of the present invention comprises an OFA combustion furnace and low-NOx combustion burners for use with sulfur-containing fuels to reduce the dew point temperature and reduce the concentration of SO3. Additionally, an SCR reactor can be used to reduce the NOx concentration. Preferably, the low-NOx combustion burners are of a class such that they provide adequate first stage mixing to provide adequate acid dew point reduction and SO3 concentration reduction, which allows an SCR reactor to be used if needed. Thus, one embodiment of the present invention includes a combustion furnace with high-performance low-NOx burners to reduce the acidity of the flue gas, lower the acid dew point, and reduce the concentration of SO 3 in the flue gas. This embodiment may also include an SCR reactor.

Odpowiednie środowisko redukujące według przedmiotowego wynalazku to takie, w którym redukcja SO3 do SO2 następuje w czasie krótszym niż około 2 sekundy, a korzystniej - w czasie krótszym niż około 0,5 sekund. W przedmiotowym wynalazku takie środowisko redukujące można osiągnąć, jeśli temperatura gazów kominowych w pierwszym etapie jest większa niż lub równa 900 K (1166°F), korzystniej - większa niż około 1255 K (1800°F), jeszcze korzystniej - większa niż około 1650 K (2500°F). Środowisko redukujące to takie, w którym stosunek stężenia rodników redukujących do stężenia rodników utleniających jest większy od około 1; bardziej szczegółowo - w którym stosunek stężenia rodników H do stężenia rodników O jest większy od około 1. Lepszym środowiskiem redukującym jest środowisko, w którym stosunek stężenia rodników redukujących do stężenia rodników utleniających jest większy od około 10; bardziej szczegółowo - w którym stosunek stężenia rodników H do stężenia rodników O jest większy od około 10.A suitable reducing medium according to the present invention is one in which the reduction of SO3 to SO2 occurs in less than about 2 seconds, and more preferably in less than about 0.5 seconds. In the present invention, such reducing environment can be achieved when the temperature of the first stage flue gas is greater than or equal to 900 K (1,166 ° F), more preferably greater than about 1,255 K (1,800 ° F), even more preferably greater than about 1,650 K (2500 ° F). A reducing medium is one in which the ratio of the concentration of reducing radicals to the concentration of oxidizing radicals is greater than about 1; more particularly, wherein the ratio of the concentration of H radicals to the concentration of O radicals is greater than about 1. A better reducing medium is one in which the ratio of the concentration of reducing radicals to the concentration of oxidizing radicals is greater than about 10; more particularly, wherein the ratio of the concentration of H radicals to the concentration of O radicals is greater than about 10.

W poniż szych przykładach przedstawiono wyniki, które moż na uzyskać przy zastosowaniu sposobu według przedmiotowego wynalazku. Sposób według przedmiotowego wynalazku stosowano do zmniejszenia emisji SO3 w trzech różnych elektrowniach. Dane doświadczalne, przedstawione w tabeli 1 i 2 uzyskane zostały przez zastosowanie strumienia powietrza znad płomienia o dużej szybkości przepływu, zaś zmierzone zostały przez odrębne, niezwiązane przedsiębiorstwa.The following examples show the results that can be obtained using the method of the present invention. The method of the present invention was used to reduce SO3 emissions in three different power plants. The experimental data shown in Tables 1 and 2 were obtained by applying an air stream from a high flow rate over a flame and were measured by separate, unrelated companies.

T a b e l a 1.T a b e l a 1.

Wpływ głębokości stopniowania na stężenie SO3 w dwóch różnych elektrowniachEffect of graduation depth on SO3 concentration in two different power plants

Parametry Parameters Elektrownia 1 Power plant 1 Elektrownia 2 Power plant 2 Głębokość stopniowania Gradation depth płytko shallow głęboko deep płytko shallow głęboko deep Obciążenie (MW _net)Load (MW _net ) 182 182 179 179 154 154 154 154 NOx (Ib/MBtu) NOx (Ib / MBtu) 0,64 0.64 0,36 0.36 0,63 0.63 0,28 0.28 % zawartości siarki w węglu % sulfur content in coal 1,22 1.22 1,22 1.22 0,87 0.87 0,87 0.87 stężenie SO2 w gazach wylotowych (ppm) SO2 concentration in exhaust gas (ppm) 1100 1100 1100 1100 720 720 720 720 stężenie SO3 w gazach wylotowych (ppm) SO3 concentration in exhaust gas (ppm) 19 19 5,7 5.7 11* 11 * 0,5 0.5 stosunek SO₃/SO₂ (%)SO ₃ / SO ₂ ratio (%) 1,7 1.7 0,52 0.52 1,5* 1.5 * 0,07 0.07 Redukcja zawartości SO₃ Reduction of SO _{3 content} 70% 70% 95% 95%

* - Oszacowane na podstawie założenia, że 98,5% siarki w węglu przekształca się w SO2, zaś 1,5% siarki przekształca się w SO3.* - Estimated based on the assumption that 98.5% of the sulfur in coal is converted to SO2 and 1.5% of the sulfur is converted to SO3.

PL 208 657 B1PL 208 657 B1

W przypadkach „pł ytkiego” stopniowania dysze powietrza znad pł omienia był y prawie cał kowicie zamknięte, ale wciąż występował w nich strumień schładzający (około 10% całkowitego strumienia powietrza). W przypadkach „pośredniego” stopniowania przez dysze powietrza znad płomienia wprowadzano prawie 20% całkowitego strumienia powietrza. W przypadkach „głębokiego” stopniowania przez dysze powietrza znad płomienia wprowadzano prawie 30% całkowitego strumienia powietrza. Wszystkie trzy jednostki stanowiły jednostki umieszczone kątowo ponad płomieniem, zaś układ OFA był umieszczony sporo powyżej strefy palnika.In the "shallow" staging cases, the air nozzles above the flame were almost completely closed, but still had a cooling stream (about 10% of the total air stream). In cases of "indirect" staging, almost 20% of the total air stream was introduced through the air nozzles above the flame. In cases of "deep" staging, almost 30% of the total air stream was introduced through the air nozzles above the flame. All three units were units angularly above the flame and the OFA system was positioned well above the burner area.

T a b e l a 2.T a b e l a 2.

Wpływ trzech poziomów stopniowania w jednej elektrowni (Elektrownia 3, inna niż podane w tabeli 1)Impact of three grading levels in one plant (Power Plant 3 other than those given in Table 1)

Głębokość stopniowania Gradation depth Parametry Parameters Płytko Shallow Pośrednio Indirectly Głęboko Deep Obciążenie (MW_net)Load (MW _net ) 72 72 72 72 72 72 NOx (Ib/MBtu) NOx (Ib / MBtu) 0,56 0.56 0,48 0.48 0,34 0.34 % zawartości siarki w węglu % sulfur content in coal 2,85 2.85 2,85 2.85 2,85 2.85 stężenie SO2 w gazach wylotowych (ppm) SO2 concentration in exhaust gas (ppm) 1856 1856 1855 1855 1856 1856 stężenie SO3 w gazach wylotowych (ppm) SO3 concentration in exhaust gas (ppm) 5,9 5.9 1,9 1.9 1,1 1.1 stosunek SO3/SO2 (%) SO3 / SO2 ratio (%) 0,32 0.32 0,1 0.1 0,06 0.06 Redukcja zawartości SO3 (w porównaniu do przypadku „płytkiego”) Reduction of SO3 content (compared to the "shallow" case) 68% 68% 81% 81%

Tak więc, dane doświadczalne pokazują możliwość regulowania/kontrolowania stężenia SO3 przy użyciu sposobu według przedmiotowego wynalazku.Thus, the experimental data show the possibility of controlling / controlling the SO3 concentration using the method of the present invention.

Claims

Patent claims

A method of controlling SO3 concentration in the combustion of sulfur-containing fuel, characterized in that in the first stage the fuel is partially burned to create a reducing environment, then the reducing environment is maintained for a period sufficient to reduce SO3 to SO2 to obtain the desired SO3 level, after by which the fuel residues and intermediate products of combustion are burned in the second stage in an oxidizing environment.

2. The method according to p. The process of claim 1, which is carried out using selective catalytic reduction to control NOx emissions, the reducing medium after the first step being maintained for a period sufficient to reduce SO3 to SO2 prior to the selective catalytic reduction to achieve the desired SO3 level.

3. The method according to p. The process of claim 1 or 2, further comprising the step of micro-staging the first stage of burning the fuel.

4. The method according to p. The process of claim 3, wherein the micro-staging is provided by the use of low-NOx combustion burners.

5. The method according to p. The process of claim 1 or 2, further comprising a macrostaging step of the first fuel combustion stage.

6. The method according to p. 5. The method of claim 5, characterized in that the macro-graduation is provided by the use of air from above the flame.

7. The method according to p. The process of claim 1 or 2, further comprising a combination of micro and macro grading.

8. The method according to p. The process of claim 7, wherein the micro-staging is provided by the use of low-NOx combustion burners and the macro-staging is provided by the use of air above the flame.

9. The method according to p. The process of claim 8, wherein the fuel is coal.